به گزارش خبرنگار علم و فناوری برنا، دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته، راه‌حل جدیدی را برای افزایش کارایی انرژی همجوشی ارائه کرده‌اند که «حالت‌های آهسته» را حذف می‌کند، امواج بی‌فایده را که در حین گرم شدن پلاسمای همجوشی هدر می‌دهند، راندمان را افزایش می‌دهند

مشکل گرم کردن پلاسما برای ذوب

پلاسما برای ایجاد واکنش های همجوشی باید به دمای بسیار بالایی برسد. یکی از روش های گرمایش پلاسما استفاده از امواج الکترومغناطیسی مشابه امواج مایکروویو است. اما در کنار امواج گرمایی مورد نظر، گاهی اوقات امواج آهسته تولید می شود که به جای کمک به گرما، انرژی را هدر می دهد.

محققان آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیشرفته، راهی برای جلوگیری از تشکیل این امواج آهسته پیدا کرده‌اند که به گرم کردن کارآمدتر پلاسما کمک می‌کنند. این پیشرفت می تواند گام مهمی به سوی انرژی همجوشی پایدار باشد.

یون هوا کیم، فیزیکدان ارشد پژوهشی و نویسنده اصلی مقاله، گفت: این اولین باری است که دانشمندان از شبیه سازی های دو بعدی برای مطالعه تضعیف امواج آهسته استفاده می کنند. نتایج به بهبود فرآیند گرمایش پلاسما کمک می کند و دستیابی به انرژی همجوشی را آسان تر می کند.

تنظیم صفحه فارادی برای عملکرد بهینه

این تیم تحقیقاتی با همکاری محققان جنرال اتمیکس با استفاده از دستگاه همجوشی توکامک DIII-D نشان دادند که صفحه فلزی معروف به “ورق فارادی” را می توان نسبت به آنتنی که امواج گرما (امواج هلیکن) تولید می کند، ۵ درجه کج کرد. از امواج آهسته جلوگیری می کند

امواج آهسته، بر خلاف امواج هلیکن، نمی توانند به خطوط میدان مغناطیسی که پلاسما را برای گرم کردن هسته پلاسما محدود می کنند، نفوذ کنند، جایی که بیشتر واکنش های همجوشی رخ می دهد. این امواج به راحتی توسط خود پلاسما جذب و پراکنده می شوند، بنابراین هر انرژی که برای تولید آنها استفاده می شود هدر می رود.

شبیه سازی موفق با کد Petra-M

محققان از برنامه کامپیوتری قدرتمند Petra-M برای شبیه سازی شکل گیری امواج هلیکن و امواج آهسته استفاده کردند. این شبیه‌سازی‌ها شرایط دستگاه توکامک DIII-D را بازسازی کردند و چندین آزمایش مجازی برای بررسی اثرات زاویه آنتن، زاویه صفحه فارادی و چگالی الکترون در جلوی آنتن انجام دادند.

نتایج نشان داد که وقتی صفحه فارادی در زاویه کمتر از ۵ درجه نسبت به آنتن قرار می گیرد، امواج آهسته قبل از انتشار در پلاسما عملا خنثی شده و از بین می روند.

حساسیت امواج آهسته به زاویه صفحه فارادی

وقوع امواج آهسته به شدت به زاویه صفحه فارادی بستگی دارد. ماسایوکی اونو، یکی از نویسندگان مقاله می گوید: «ما دریافتیم که حتی فراتر از زاویه ۵ درجه می تواند باعث افزایش قابل توجه امواج آهسته شود. ما از این سطح از پاسخگویی شگفت زده شدیم.

محققان قصد دارند شبیه سازی های دقیق تری را با در نظر گرفتن خواص بیشتر پلاسما و اطلاعات دقیق تر در مورد آنتن انجام دهند. این یافته ها به طراحی دستگاه های همجوشی کارآمدتر در آینده کمک خواهد کرد.

انتهای پیام/